DE3400103C2

DE3400103C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entstören eines Signals

Info

Publication number: DE3400103C2
Application number: DE3400103A
Authority: DE
Inventors: Fred 7410 Reutlingen Schradin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-03
Filing date: 1984-01-03
Publication date: 1986-02-06
Also published as: AU3831585A; EP0197935A1; WO1985003160A1; DE3400103A1; US4637050A

Abstract

Zum Entstören eines einen Nutzsignalanteil und einen Störsignalanteil aufweisenden Audiosignals wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das ursprüngliche Audiosignal abgetastet und digital aufgezeichnet. Gleichzeitig wird der Pegel des Störsignalanteils getrennt erfaßt und abgetastet, wobei die Abtastwerte als Bezugsstörsignal unter Beibehaltung der Phasenbeziehung zum ursprünglichen Audiosignal rechnergesteuert gespeichert werden. Das aufgezeichnete digitalisierte Signal wird sodann mit einer bestimmten Geschwindigkeit rechnergesteuert bearbeitet und dabei sein Störsignalanteil in Abhängigkeit von dem gespeicherten Bezugsstörsignal kompensiert. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein Analogwiedergabegerät (1) für ein ursprüngliches Mutterband (3), einen Analog/Digital-Wandler (4), ein Digitalaufzeichnungsgerät (6), eine Störsignaltrenneinrichtung (7), eine Speichereinrichtung (11) zur Speicherung des Bezugsstörsignals, ein Digitalwiedergabeberät (24) und einen Prozessor (9) auf, in dem die Kompensation des von dem Digitalwiedergabegerät (24) wiedergegebenen Signals in Abhängigkeit von dem in der Speichereinrichtung (11) vorhandenen Störsignaldaten erfolgt.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Verrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.

Bekanntlich ist bei einem elektrischen Signal nur derjenige Anteil nutzbar, der über dem Pegel des in dem Signal enthaltenen Rauschanteils liegt Insbesondere wird bei einem elektroakustischer! oder Audiosignal der Rauschanteil in denjenigen Bereichen des Signals subjektiv nicht meh·· wahrgenommen, in denen die Signalamplitude über dem durch das Rauschen hervorgerufe- nen Störpegel liegt. Um aber den Störpegel auch in den Bereichen des Signals unhörbar zu machen, in denen die Amplitude des Nutzsignalanteils unterhalb des Störpegels liegt, ist es erforderlich, in einem Entstörvorgang die durch den Störpegel beherrschten Signalteile zu entfernen. Gleichzeitig muß jedoch vermieden werden, daß durch die Herausnahme dieser Signalteile hörphysiologische Störstellen eingeführt werden.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (Radio mentor electronic, Band 38, Nr. 12, Dezember 1972, München »DNL subtrahiert Rauschen«, Seite 612) wird das den Rauschanteil enthaltende ursprüngliche Signal zunächst in einer Vorverstärkerstufe mit Allpaß-Charakteristik vestärkt, wobei am Kollektor des in der Vorverstärkerstufe vorgesehenen Verstärkungstransistors das Allpaß-Signal abgenommen und über einen Einstellwiderstand zu einem Ausgangsanschluß geführt wird. Vom Emitter dieses Verstärkungstransistors wird dagegen ein phasenverkehrtes Signal als Eingangssignal für einen Hochpaßkanal abgenommen. Die Amplitude des Ausgangssignals des Hochpaßkanals wird von den höherfrequenten Anteilen seines Eingangssignals derart gesteuert, daß er bei größeren Signalpegeln kein Signal, bei niedrigeren Pegeln jedoch ein ansteigendes Signal liefert. Dieser Hochpaßkanal ist dabei derart eingestellt, daß an seinem Ausgang keine niederfrequenten Signale unter 5 kHz und keine höherfrcquenlen Signale mit Amplituden über —38dB vorhanden sind. Das Ausgangssignal des Ho»:hpaßka:ials wird an dem Ausgangsanschluß mit dem Ausgangssignal des Allpaßkanals überiagert, so daß sich diejenigen Komponenten des ursprünglichen Signals, deren Frequenzen über 5kl·!/ tnul tieren JVgcl unlcr Will* lieger, an dem Ausgangsanschluii auslöschen. Auf diese Weise findet somit eine Unterdrückung derjenigen Signalteile des ursprünglichen Signals statt, deren Amplitude den Pegel des Rauschanteils unterschreitet Wenngleich hierbei durch verhältnismäßig einfache Mittel eine gewisse Rauschunterdrückung erreicht wird, ohne durch die Unterdrückung selbst allzu auffällige hörphysiologische Störungen hervorzurufen, ist das Verfahren für gesteigerte Ansprüche an die Qualität des entstörten Signals dennoch nicht ausreichend. Außerdem ist das bekannte Verfahren vollständig auf die Behandlung des Rauschanteils beschränkt während eine Einbeziehung anderer Störgrößen nicht möglich erscheint

Ein anderes bekanntes Verfahren (DE-PS 30 28 334) ist auf die Beseitigung von bei der Wiedergabe eines Signals auftretenden akustischen Störsignalen gerichtet, die durch in dem Signal vorhandene Pegelsprünge hervorgerufen werden. Derartige Pegelsprünge können durch Signalausfälle, plötzliche Übergänge zu Signalpausen, unerwünschte Signalfrequenzen und Schnittstellen zwischen verschiedenen Programmabschnitten des akustischen Wiedergabeprogramms verursacht sein. Zur Erfassung der Pegelsprünge wird das ursprüngliche Signal mit einer ausreichend hohen Abtastfrequenz abgetastet und die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten gebildet Überschreitet diese Differenz bei innerhalb eines vorgegebenen Bezugszeitintervalls gelegenen Abtastwerten einen ebenfalls vorgegebenen Schwellwert, so wird dies als Signalstörung erkannt und durch eine in einem Festwertspeicher vorgespeicherte weiche Übergangsfunktion, wie etwa eine Halbsinuskurve, ersetzt. Wegen der verhältnismäßig geringen Häufigkeit derartiger Pegelsprünge erfolgt diese Kompensation bei dem bekannten Verfahren zeitsynchron unter Zuhilfenahme eines Durchlaufspeichers. Zur Kompensation eines im Verhältnis /um Nutzsignalanteil durch eine kleine Amplitude und hohe Frequenz charakterisierten Rauschanteils ist dieses Verfahren jedoch nicht geeignet.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestimmung eines Nutzsignals aus einem mit Störsignalen überlagerten Signal (DE-OS 30 03 556) beruht auf der Annahme, daß sich das zu kompensierende Störsignal als eine Überlagerungssumme aus nur wenigen Summanden darstellen läßt, wobei jeder einzelne Summand ein Produkt aus einer vorgegebenen Ansatzfunktion und einem zeitlich nur langsam veränderlichen Koeffizienten ist Die Störsignalkompensation erfolgt dabei zeitsynchron, indem die mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetasteten und digitalsierten Werte des störungsüberlagerten Signals dazu verwendet werden, die Koeffizienten in der angesetzten Überlagerungssumme für das geschätzte Störsignal mit Hilfe eines Mikroprozessors fortlaufend zu optimieren. Dieses bekannte Verfahren setzt allerdings voraus, daß das Störsignal aus wenigen invarianten Signalformen aufgebaut ist und erscheint daher zur Kompensation regellosen Störrauschens nicht geeignet.

Ein bekanntes Verfahren (IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Januar 1969, Seite 80—86) zur Erkennung des fötalen Elektrokardiogramms (EKG) aus einem an der Mutter abdominal aufgenommenen EKG beruht darauf, daß die dem fötalen EKG überlagerten

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Störungen, wie das mütterliche EGK, atmungs- und bewegungsbedingte Änderungen im mütterlichen Hautpotential und während der Aufnahme des EKG mit aufgenommenes elektromagnetisches Rauschen, durch Mittelwertbildung herausgemittelt werden sollen. Zur Durchführung dieser Mittelwertbildung ist ein Schwellwertdetektor vorgesehen, der eine der R-Spitze des mütterlichen QRS-Komplexes entsprechende obere Schwelle und eine der deutlich niedrigeren R-Spitze des fötalen QRS-Komplexes entsprechende untere Schwelle aufweist, so daß das Auftreten eines fötalen QRS-Komplexes in dem aufgenommenen EKG-Signal durch eine Erreichung des unteren Schwellwertes bei gleichzeitiger Nichterreichung des oberen Schwellwertes erkannt werden kann. Aus dem solchermaßen erfaßten fötalen QRS-Komplex und einem in einem Speicher festgehaltenen Ergebnis vorangegangener Mittelwertbildungen wird sodann mit Hilfe eines arithmetischen Mittelwertbildners ein neuer Mittelwert errechnet Dieses Verfahren setzt somit voraus, daß der zu entstörende Nutzsignalanteil zumindest während der für die Mittelwertbildung herangezogenen Zeitdauer im wesentlichen die gleiche Signalform aufweist, was für den elektrokardiographischen QRS-Komplex erfüllt ist. Zur Entstörung eines in seiner Signalform fortwährend veränderlichen Signals, wie beispielsweise eines Audiosignals, ist dieses bekannte Verfahren daher nicht anwendbar.

Dagegen wird bei einem anderen bekannten Verfahren (DE-AS 27 17 530) zur Erfassung des fötalen Elektrokardiogramms in einem föto-maternellen Elektrokardiogramm das überlagerte Störsignal durch geeignete Kriterien, wie Amplitudenschwellen oder Frequenzspektren, erfaßt und gemeinsam mit früher erfaßten Störsignalanteilen zur Mittelwertbildung herangezogen, wobei die Entstörung durch Subtraktion dieses gemittelten Störsignals von dem ursprünglichen Signal erfolgt. Dieses Verfahren setzt für das Störsignal eine periodisch wiederkehrende Signalform voraus und ist somit ebenfalls nicht auf regellos auftretende Störungen, wie Rauschen bei Audiosignalen, anwendbar.

Schließlich ist bei einem ebenfalls speziell auf die Entstörung von Elektrokardiogrammen gerichteten bekannten Verfahren (EP-OS 00 03 588) sowohl die Beseitigung eines durch eine überlagerte netzfrequente Störspannung hervorgerufenen Brummanteils als auch von Störimpulsspitzen, wie Herzschrittmacherimpulsen, vorgesehen. Hierbei wird der in einem Störbrummfilter ausgefilterte Brummanteil dem ursprünglichen Signal gegensinnig überlagert, während gleichzeitig dafür Sorge getragen wird, daß die außerdem vorhandenen Störspitzen keinen Phasensprung des zu subtrahierenden Brummanteüs verursachen. Die Störimpulsspitzen werden durch ihre den Nutzsignalanteil erheblich übersteigende Amplitudenhöhe sowie ihre verhältnismäßig kleine Impulsbreite erkannt und durch Austastung unterdrückt Die Beseitigung hochfrequenter Rauschstörungen mit im Verhältnis zum Nutzsignalanteil kleiner Amplitude läßt sich dabei ebenfalls nicht erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, durch die mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine im wesentlichen vollständige Entstörung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die digitale Aufzeichnung des im allgemeinen ;in;ilopün ursprünglichen Signals wird einerseits eine für die rechnergesteuerte Bearbeitung geeignete Kodierung des Signals erreicht. Andererseits ermöglicht dieser Aufzeichnungsvorgang eine aufnahme- und zeitunabhängige Durchführung der Entstörung. Durch die in diesem Zusammenhang mögliche Wahl der Bearbeitungsgeschwindigkeit unabhängig von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit wird somit die Schwierigkeit eines bei hohem Rauschanteil für die rechnergesteuerte Bearbeitung zu hohen Datenflusses des digital aufgezeichneten Signals beseitigt. Ebenso ist auch der dem Störsignalanteil entsprechende Datenfluß ohne weiteres auf eine für die rechnergesteuerte Speicherung geeignete Geschwindigkeit herabgesetzt, da der Rauschanteil nicht im einzelnen überwacht werden muß, sondem nur sein im Lauf der Zeit verhältnismäßig langsam veränderlicher Pegel. Somit ist der durch das dem Rauschpegel entsprechende Bezugsstörsignal gelieferte Datenfluß verhältnismäßig gering und kann leicht verarbeitet werden. Außerdem ist die Erfassung des langsam veränderlichen Rauschpegels äußerst einfach zu bewerkstelligen. Dies kann im einfachsten Fall durch ein von einem Beobachter überwachtes Meßgerät geschehen, wie durch eine Überwachung des Kurvenverlaufs des ursprünglichen Signals auf einem Oszillographenschirm bei Wahl eines geeigneten Zeitmaßstabs. Somit braucht im einfachsten Fall der Rauschpegel auf dem Oszillographenschirm lediglich von einer Überwachungsperson fortwährend betrachtet und von Hand eine Gleichspannungsmarke auf dem Oszillographcnschirm entsprechend dem Rauschpegel nachgeführt zu v/erden, wodurch die der Gleichspannungsmarke entsprechende Gleichspannung ein unmittelbares Maß zur Erfassung des Rauschpegels bildet. Das Verfahren ermöglicht somit eine sehr einfache apparative Durchführung. Die die auf Null gesetzten Signalteile überbrükkende Interpolationskurve kann für jeden einzelnen Signalteil optimal errechnet werden, so daß durch die Rauschbeseitigung und die damit einhergehende Entfernung von Signalteilen keinerlei hörphysiologische Störungen eingeführt werden.

Die hauptsächliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dürfte somit in der kommerziellen Musikproduktion liegen. Beispielsweise könnten durch die Kompensation des Rauschanteils in historischen Aufnahmen diese in moderner Tonqualität zur Verfügung gestellt werden.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 2 durchgeführt, was neben der Beseitigung des Rauschanteils auch die Kompensation des eine ganz unterschiedliche Natur aufweisenden Brummanteüs gestattet. Während der Brummanteil durch eine niederfrequente Welligkeit gebildet ist, die leicht durch eine phasenverkehrte Überlagerung eines entsprechenden Welligkeitssignals kompensiert werden kann, läßt sich wegen der getrennten Speicherung der entsprechenden Bezugsstörsignale der Rauschanteil getrennt vom Brummanteil behandeln.

Insbesondere genügt zur Kompensation des Brummanteils das Vorgehen gemäß Patentanspruch 3, durch das das zur Kompensation erforderliche phasenverkehrte Signal vollständig bestimmt ist

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 4. In apparativer Hinsicht bedarf es für diese Verfahrensführung nur eines geeigneten Filters. Ein etwaiger kleiner Verlust im Nutzsignalanteil erweist sich dabei als vernachlässigbar.

Im Hinblick auf die HrfiisMing des Rauschiinlcils er-

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weisen sich die im Patentanspruch 5 angegebenen Kriterien als zweckmäßig und einfach durchführbar. Stattdessen oder zusätzlich erweist sich auch die im Patentanspruch 5 angegebene Ausführungsform des Verfahrens als zweckmäßig und einfach ausführbar. Zwar kann bei der erstgenannten Maßnahme der Erfassung des Rauschanteils mittels der Amplitudenschranke in dem Rauschanteil auch ein entsprechend kleiner Nutzsignalanteil enthalten sein. Dies ist jedoch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Belang, weil es hierfür lediglich auf eine Kenntnis des Pegels des Rauschanteils ankommt.

Eine besonders genaue Erfassung des Rauschanteils findet jedoch bei der Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 7 statt. Pausen des Nutzsignals treten insbesondere bei Sprach- und Musikstücken häufig auf. Alternativ oder zusätzlich erweisen sich für die Erfassung des Rauschanteils auch die im Patentanspruch 8 angegebenen Maßnahmen als zweckmäßig. Durch diese beiden Ausführungsformen wird einerseits eine ausreichend genaue Erfassung des Pege».s des Rauschanteils erreicht, während andererseits auch die Zahl der Abtastpunkte pro Zeiteinheit genügend klein ist, um ohne weiteres die rechnergesteuerte Einspeicherung als Bezugsstörsignal zu ermöglichen.

Dank der im Patentanspruch 9 angegebenen Maßnahme wird eine entbrummte Version des aufgezeichneten digitalisierten Signals erhalten, die erneut aufgezeichnet und anschließend einer Kompensation des Rauschanteils unterzogen werden kann. Bei dieser Reihenfolgc wird somit die Kompensation des Rauschanteils an einem bereits brummfreien Signal ausgeführt.

Wie im Patentanspruch 10 zum Ausdruck kommt, ist gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ferner eine Korrektur von Dynamikkompressionen vorgesehen. Derartige Dynamikkompressionen werden bei der analogen Aufzeichnung von Tonaufnahmen beim Übergang von Piano- zu Forteabschnitten ausgeführt, um die zulässige Vollaussteuerung der Aufnahmegeräte, beispielsweise eines Analogmagnetbandes, nicht zu überschreiten. Im einzelnen wird dabei der über seine natürliche Höhe ausgesteuerte Pianoabschnitt kurz vor dem Einsatz des Forteabschnittes heruntergesteuert, so daß erst in dem Forteabschnitt ein erneuter Anstieg bis auf die Vollaussteuerung auftritt Diese Änderung im Verlauf der Aussteuerung hat natürlich eine entsprechende Änderung des Pegels des Rauschanteils zur Folge. Durch die im Patentanspruch 10 angegebene Maßnahme kann daher der Pegelverlauf der dem ursprünglichen Signal zugrundeliegenden Originaldarbietung wieder hergestellt werden.

Bei der Erfindung wurde auch die Tatsache in Betracht gezogen, daß das ursprüngliche Signal durch den Einfluß von Amplitudenbegrenzern verzerrt, d. h. in der Amplitude abgeschnitten sein kann. Die Wiederherstellung des der Originaldarbietung entsprechenden Signals erweist sich durch die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 11 als möglich.

Eine besonders einfache Maßnahme zur Beibehaltung der für die Durchführung der Erfindung erforderlichen Phasenbeziehung zwischen dem digitalisierten Signal und dem Bezugsstörsignal ist im Patentanspruch 12 angegeben.

Im Patentanspruch 13 ist eine im Rahmen der Erfindung vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gekennzeichnet Diese Vorrichtung zeichnet sich durch einen verhältnismäßig geringen baulichen Aufwand aus. Insbesondere läßt sich die Vorrichtung aus bekannten Komponenten zusammensetzen und ermöglicht eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Patentanspruch 14 angegeben. Die dabei vorgesehene Bandfiltereinrichtung ermöglicht auf einfache Weise die Abtrennung des Brummanteils und beinhaltet durch die Einstellbarkeit eine Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Bedingungen des brummgestörten ursprünglichen Signals.

Die im Patentanspruch 15 angegebene Maßnahme gestattet einen verhältnismäßig einfachen Aufbau der Vorrichtung.

Wie weiter oben im Zusammenhang mit einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits ausgeführt, ist bei einer Dynamikkompression des ursprünglichen Signals auch der Pegel des Rauschanteils entsprechend verändert. Patentanspruch 16 beschreibt eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch die die Dynamik der dem ursprünglichen Signal zugrundeliegenden Originalaufnahme wieder hergestellt werden kann. Die im Patentanspruch 17 angegebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet eine Zwischenspeicherung des dem ursprünglichen Signal entsprechenden digitalisierten Signals zwischen einzelnen Bearbeitungsstufen.

Schließlich ist bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 18 die Steuerung des Entstörungsvorganges duch einen Benutzer auf eine ähnliche Weise möglich, wie sie durch einen Tonmeister bei der Aufnahme des ursprünglichen Signals erfolgt.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

Fig. la ein Blockschema eines zur Störsignalerfassung dienenden Teils einer Vorrichtung zum Entstören eines Signals,

Fig. Ib bis Ie logische Blockschaltbilder eines zur Kompensation des Störsignalanteils dienenden Teils der Vorrichtung von F i g. la,

F i g. 2a und 2b Signalverläufe des einen Nutzsignalanteil und einen Störsignalanteii enthaltenden Signals,

F i g. 3a bis 3f einzelne Signalformen bei der Kompensation des Störsignalanteils,

F i g. 4a und 4b Signalformen bei der Kompensation von Begrenzereffekten,

Fig.5a bis 5d Signalformen bei der Kompensation einer Dynamikkompression und

F i g. 6 eine Ausführungsform der Vorrichtung.

Gemäß Fig. la weist eine Vorrichtung zum Entstören eines einen Nutzsignalanteil und einen Störsignalanteil aufweisenden ursprünglichen Signals ein Analogwiedergabegerät 1 auf, von dessen Ausgang 2 das durch Wiedergabe von einem analogen Mutterband 3 gewonnene, beispielsweise durch ein Audiosignal gebildete ursprüngliche Signal abnehmbar ist An den Ausgang 2 ist ein Analog/Digital-Wandler 4 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Signalweg 5 mit dem Eingang eines Digitalaufzeichnungsgerätes 6 verbunden ist

Dem Ausgang 2 des Analogwiedergabegerätes 1 ist ferner eine Störsignaltrenneinrichtung 7 nachgeschaltet, deren Ausgang über einen Signalweg 8 an den Eingang eines Prozessors 9 angekoppelt ist Der Prozessor 9 steht über einen Signalweg 10 mit einer Speichereinrichtung 11 in Verbindung. Eine zwischen dem Digitalaufzeichnungsgerät 6 und dem den Speicher 11 steuern-

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ίο

den Prozessor 9 bestehende Synchronisationsverbindung ist durch eine gestrichelte Linie 12 symbolisch angedeutet.

Gemäß Fig.2a ist dem Nutzsignalanteil 13 des ursprünglichen Signals ein zwischen einer unteren Hüllkurve 14 und einer oberen Hüllkurve 15 liegender Störsignalanteii überlagert, dessen durch den Abstand der unteren und oberen Hüllkurve 14, 15 begrenzte Maximalgröße in Fig.2a übertrieben groß dargestellt ist. Neben diesem in Fig.2a dargestellten, durch einen Rauschanteil gebildeten Störsignalanteil ist auch noch ein in F i g. 2a nicht dargestellter Brummanteil mit einer niederfrequenten Brummfrequenz vorhanden. Dieses am Ausgang 2 gemäß Fig. la auftretende gestörte ursprüngliche Signal liegt am Eingang der Störsignaltrenneinrichtung 7, durch die einerseits der Brummanteil und andererseits der Rauschanteil erfaßt wird. Im einzelnen weist die Störsignaltrenneinrichtung 7 zu diesem Zweck eine Filtereinrichtung 16 auf, die einerseits eine auf die Brummfrequenz abstimmbare Bandfiltereinrichtung mit einstellbarer Bandbreite und andererseits eine kombinierte Amplitudenfilter- und Hochpaßeinrichtung aufweisen kann. Erstere dient der Abspaltung des Brummanteils und letztere der Abspaltung des Rauschanteils. Während der Brummanteil durch die Brummfrequenz definiert ist, läßt sich der Rauschanteil iurch seinen durch den Abstand der unteren und oberen Hüllkurve 14,15 begrenzten Pegel erfassen.

Im einzelnen ist in der Störsignaltrenneinrichtung 7 eine Meßeinrichtung 17 vorgesehen, durch die der Pegeiverlaui des Rauschanteils erfaßt wird. Dies geschieht beispielsweise gemäß F i g. 2b im Bereich der Stellen, an denen der Nutzsignalanteil 13 den Wert Null annimmt.

Dies ist in F i g. 2b für den gesamten Bereich des ursprünglichen Signals bis zum Zeitpunkt ii der Fall, der beispielsweise einer Pause des dem ursprünglichen Signal zugrundeliegenden Musikstückes entspricht. Ebenso kann der Pegel des Rauschanteils aber auch im Bereich des Zeitpunkts t-i erfaßt werden, der einem Nulldurchgang des Nutzsignalanteils 13 entspricht Die Meßeinrichtung 17 kann auch ein Meßgerät aufweisen, durch das der Pegelverlauf des Rauschanteils für einen Benutzer sichtbar angezeigt wird.

Der solchermaßen erfaßte Pegelverlauf des Rauschanteils wird in einem in der Signaltrenneinrichtung 7 vorgesehenen Analog/Digital-Wandler mit einer mindestens seiner Änderungsgeschwindigkeit entsprechenden Abtastfrequenz abgetastet und dadurch ein digitales Bezugsstörsignal R erzeugt, das mit Hilfe des Prozessors 9, der dank der Synchronisationsverbindung 12 auch eine Phaseninformation des Bezugsstörsignals im Verhältnis zu dem ursprünglichen Signal bildet, in die Speichereinrichtung 11 eingespeichert Gleichermaßen wird auch die Amplitude und Phase des Brummanteils als weiteres Bezugsstörsignal B für den Brummanteil mittels des Prozessors 9 in die Speichereinrichtung 11 eingespeichert

Wie aus F i g. 3a näher hervorgeht, ist das ursprüngliche Signal 19 zwischen den Zeitpunkten f_a und f* größer als der in F i g. 3a übertrieben groß dargestellte Pegel 20 des Rauschanteils. Wenngleich das ursprüngliche Signal 19 in dem zwischen den Zeitpunkten t_a und tb eingeschlossenen schraffierten Bereich 21 mit dem rauschbedingten Störantejl behaftet ist, wird dieser wegen des größenmäßigen Überwiegens des Nutzsignalanteils 13 subjektiv nicht als störend wahrgenommen. Dagegen Ei¹IiI tier außerhalb lies Inlc-rvalls I₁₁, ti, gelegene Bereich des Nul/.signalantcils in dem Störsignalantcil unter, was durch den gestrichelten Kurvenverlauf 22 angedeutet ist. Demzufolge stellt das auf dem Digitalaufzeichnungsgerät 6 aufgezeichnete digitalisierte Signal 23, das in F i g. 3c dargestellt ist, nur an den in F i g. 3b zwischen den Abtastpunkten t_a und ^gelegenen Abtastpunkten f,. einen Nutzsignalanteil dar, während beispielsweise an den außerhalb dieses Intervalls gelegenen Abtastpunkten td und i_e lediglich ein von der Rauschstörung verdeckter Wert gewonnen wird.

ίο Das auf dem Digitalaufzeichnungsgerät 6 aufgezeichnete und in F i g. 3c dargestellte digitalisierte Signal 23 wird in einem ersten Schritt hinsichtlich des in seinem Störsignalanteil enthaltenen Brummanteils kompensiert. Zu diesem Zweck wird das aufgezeichnete digitalisierte Signa! 23 gemäß Fig. Ib mit einer bestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeit von einem Digitalwiedergabegerät 24 wiedergegeben, das über eine Synchronisationsverbindung 12' mit dem Prozessor 9 synchronisiert ist. Dem am Ausgang 25 des Digitalwiedergabegerätes 24 auftretenden wiedergegebenen Signal wird sodann in einer Addierstufe 26 ein dem Brummanteil entsprechendes Signal mit umgekehrter Phase überlagert, welches in einem quarzstabilen Oszillator 27 erzeugt wird, der durch den Prozessor 9 entsprechend dem in der Speichereinrichtung 11 vorhandenen Bezugsstörsignal, welches die Information über Phase und Amplitude des Brummanteils enthält, gesteuert ist. Somit steht am Ausgang 28 der Addierstufe 26 das von seinem Brummanteil befreite digitalisierte Signal zur Verfügung.

Das von seinem Brummanteil befreite Signal kann jedoch, wie aus den in Fig. 5a bis 5d dargestellten Pegeldiagrammen hervorgeht, einen gegenüber der Originaldynamik veränderten Pegelverlauf aufweisen, der durch eine Dynamikkompression hervorgerufen ist. In F i g. 5a ist der Pegel der Vollaussteuerung des analogen Mutterbandes 3 durch die zur Zeitachse parallele Gerade 29 dargestellt, während die Kurve 30 den tatsächlichen Pegelverlauf des von seinem Brummanteil befreiten ursprünglichen Signals wiedergibt. Dabei entspricht ein für die Zeit «i_p dargestellter Signalabschnitt einem Pianoabschnitt der dem ursprünglichen Audiosignal zugrundeliegenden Originaldarbietung, wobei dieser Pianoabschnitt jedoch im Verhältnis zur Originaldarbietung mit einem überhöhten Pegel aufgenommen worden ist. Vor dem Einsatz eines für die Zeit f> tr dargestellten Forteabschnitts ist daher in dem Zeitintervall tp< t< ff der Pegelverlauf 30 durch einen die Aufnahme überwachenden Tonmeister heruntergeregelt, damit es bei dem zur Zeit tr einsetzenden Dynamiksprung zu keiner Übersteuerung des Mutterbandes 3 kommen kann. Dadurch wird erreicht, daß auch der zur Zeit /> tr vorhandene Forteabschnitt unterhalb dem Pegel der Vollaussteuerung 29 verbleibt Diese Heruntersteuerung hat, wie in Fig.5b in einem vergrößerten Amplitudenmaßstab dargestellt ist eine entsprechende Absenkung im Pegel 20 des Rauschanteils zur Folge. Im einzelnen besitzt somit während des Pianoabschnittes zur Zeit t< t_p der Rauschanteil einen verhältnismäßig hohen Pegel, während infolge der geringeren Aussteuerung zur Zeit i> f/des Forteabschnittes der Pegel 20 des Rauschanteils verhältnismäßig klein ist Diese bei der Dynamikkompression herrschenden Verhältnisse sind gemeinsam in F i g. 5c dargestellt in der neben dem Pegelverlauf 30 des auf dem Mutterband 3 aufgenommenen, entbrumnitcn ursprünglichen Signals und dem Pegclvcrliuif 20 des Rauschanleils auch der tatsächliche Pegel verlauf 31 der zugrundeliegenden OriginuldarbicUing

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dargestellt ist.

Diese Eigenschaft, derzufolge der Pegel 20 des Rauschanteils ein Maß für die Dynamikkompression darstclll, wird gemäß Fig. Ib zur Korrektur dieser Dynamikkompression durch Ncuausslcucrung verwendet. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. Ib das entbrummte digitalisierte Signal in einen Digital/Analog-Wandler 32 in ein analoges Signal zurückverwandelt und in einem nachgeschalteten Pegelregler 33, der von dem Prozessor 9 gesteuert ist, in Abhängigkeit von dem in der Speichereinrichtung 11 eingespeicherten Störsignal für den Rauschanteil, das den Pegel 20 des Rauschanteils wiedergibt, derart neu ausgesteuert, daß der Rauschpegel 20 des dynamikkomprimierten Signals an der Stelle des Dynamiksprungs bei t= tf auf seinen vor dem Dynamiksprung herrschenden Wert angehoben wird. Dies bedeutet eine Neuaussteuerung des Pegelverlaufs 30 auf einen der Originaldarbietung entspechenden Pegelverlauf, der in F i g. 5d mit 31' bezeichnet ist.

Das solchermaßen dynamikkorrigierte Signal wird in einem dem Pegelregler 33 nachgeschalteten Analog/Digiial-Wandler 34 wieder digitalisiert und auf dem Digilalaufzcichnungsgerät 6 aufgezeichnet.

Das gemäß Fig. Ib entbrummte und dynamikkorrigierte digitalisierte Signal wird gemäß Fig. Ic mittels des Digitalwiedergabegerätes 24 unter der Steuerung durch den Prozessor 9 auf die Speichereinrichtung 11 übertragen, in der zu diesem Zweck ein Speicherbereich 35 vorgesehen ist, in dem das digitalisierte Signal 23, wie es in F i g. 3c dargestellt ist, abgespeichert wird.

Sodann erfolgt unter der Steuerung durch den Prozessor 9 die Kompensation des Rauschanteils. Hierbei wird von dem Prozessor 9 unter der Steuerung durch ein in einem Programmspeicher 36 eingespeichertes Steuerprogramm jeder der digitalisierten Abtastwerte des in Fig.3c dargestellten digitalisierten Signals mit dem in der Speichereinrichtung 11 eingespeicherten Bezugsstörsignal für den Rauschanteil verglichen. Während die den in Fig. 3b dargestellten Pegel 20 des Rauschanteils überschreitenden Werte als Nutzsignalanlcil übernommen werden, wird das digitalisierte Signal an allen Stellen, an denen sein Wert unterhalb des Pegels 20 des Rauschanteils liegt, auf Null gesetzt, wie es in Fig. 3d dargestellt ist. ?v1it Hilfe des in dem Programmspeicher 36 vorhandenen Steuerprogramms wird sodann dieses verbleibende digitalisierte Signal 38 gemäß der Darstellung von F i g. 3e in den auf Null gesetzten Bereichen durch geeignete Interpolationswerte ergänzt. Diese Inlerpolationswerte werden derart gewählt, daß die dem interpolierten digitalisierten Signal von Fig. 3e entsprechende Analogkurve, die in Fig.3f dargestellt ist, auch in dem auf Null gesetzter. Bereich des Signals einen glatten Übergangsverlauf aufweist Hierdurch wird vermieden, daß durch die Rauschunterdrückung störende Übergänge am Beginn und Ende der auf Null gesetzten Bereiche auftreten.

Einhergehend mit der anhand von F i g. 3d bis 3f erläuterten Kompensation des Rauschanteils können auch gemäß der Darstellung von F i g. 4a und 4b etwaige Begrenzereinflüsse beseitigt werden. Diese äußern sich gemäß F i g. 4a darin, daß die Signalamplitude in den Scheitelbereichen 39 der Wellenform abgeschnitten, d. h. zeitlich konstant ist. Das Steuerprogramm kann derart ausgelegt sein, daß es bei einer Erfassung einer Gleichheit von drei oder mehr aufeinanderfolgenden digitalisierten Abtastwerten nur jeweils den ersten und letzten Wert dieser Folge gleicher Abtastwerte akzeptiert und den dazwischenliegenden Bereich durch eine in F i g. 4b dargestellte Interpolationskurve 40 überbrückt. Als Ergebnis dieser Kompensationen wird gemäß F i g. Id ein kompensiertes digitalisiertes Signal in einem Speicherbereich 35' abgelegt.

^r) Gcniiili l'i g. Ie wird ilicsi's kompensiert digitalisier te Signal unter der Steuerung durch den l'ro/.essor 9 von dem Speicherbereich 35' auf das Digitalaufzeichnungsgerät 6 übertragen. Auf diese Weise wird ein neues Mutterband 37 erhalten, das von sämtlichen Störsignalanteilen befreit ist.

Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführugnsform die Kompensation des Brummanteils und die Neuaussteuerung der Dynamik gemäß Fig. Ib in einer Analogform des Signals ausgeführt wird, erfolgt bei einer in Fig.6 dargestellten Ausführungsform dieser Kompensationsschriü ausgehend von dem durch das Digitalaufzeichnungsgerät 6 wiedergegebenen digitalisierten Signal. Im übrigen stimmen die Verfahrensabläufe mit den anhand von F i g. 1 a bis 1 e erläuerten Vorgangen überein, wobei auch für die gleichen logischen Blöcke übereinstimmende Bezugszeichen verwendet sind. Über die anhand von F i g. 1 beschriebene Ausführungsform hinaus kann dem Analogwiedergabegerät 1 eine Dekodiereinrichtung 41 nachgeschaltet sein, die in F i g. 6 als Alternative gestrichelt angedeutet ist. Diese Dekodiereinrichtung 41 dient ggf. einer Dekodierung für den Fall, daß die Aufzeichnung nach den Systemen Dolby A, DBX 1, Telcom u. dgl. erfolgt ist. Ferner ist der Prozessor 9 mit einer Eingabetastatur 42 versehen, auf der durch den Benutzer zusätzliche Korrekturen für das zu kompensierende Signal eingegeben werden können.

Bezugszeichenaufstellung:

35	1	Analogwiedergabegerät
	2	Ausgang
	3	Mutterband
	4	A/D-Wandler
	5	Signalweg
40	6	Digitalaufzeichnungsgerät
	7	Störsignaltrenneinricntung
	8	Signalweg
	9	Prozessor
	10	Signalweg
45	11	Speichereinrichtung
	12,12'	Synchronisationsverbindung
	13	Nutzsignalanteil
	14	untere Hüllkurve
	15	obere Hüllkurve
50	16	Filtereinrichtung
	17	Meßeinrichtung
	IO *AXJ*
	19	Ursprung. Signal
	20,20'	Pegel des Rauschanteils
55	21	schraffierter Bereich
	22	gestrichelter Kurvenverlauf
	23	digitalisiertes Signal
	24	Digitalwiedergabegerät
	25	Ausgang
60	26	Addierstufe
	27	Oszillator
	28	Ausgang
	29	Pegel der Vollaussteuerung
	30	Pegelverlauf
65	31'	Pegelverlauf
	32	D/A-Wandler
	33	Pegelregler
	34	A/D-Wandler

OO

35,35' Speicherbereich

Programmspeicher

neues Mutterband

verbleibendes digitalisitrtes Signa!

Scheitelbereich

Interpolationskurve

Dekodiereinrichtung

Eingabetastatur

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entstören eines einen Nutzsignalanteil und einen einen Rauschanteil enthaltenden Störsignalanteil aufweisenden ursprünglichen Signals, bei dem der Rauschanteil aufgrund seiner von der Wellenform des Nutzsignalanteils abweichenden Wellenform erfaßt wird und bei dem diejenigen Signalteile des ursprünglichen Signals unterdrückt werden, deren Amplitude den Pegel des Rauschanteils unterschreitet dadurch gekennzeichnet,

daß das ursprüngliche Signal mit einer mindestens dem wesentlichen Informationsgehalt seines Nutzsignalanteils entsprechenden Abtastfrequenz digital aufgezeichnet wird,

daß der Pegel des Rauschanteils mit einer mindestens seiner Pegeländerungsgeschwindigkeit entsprechenden Abtastfrequenz rechnergesteuert phasensynchron zum aufgezeichneten digitalisierten Signal als ein Bezugsstörsignal gespeichert wird
und daß anschließend die Amplitude des aufgezeichneten digitalisierten Signals mit einer von seiner Aufzeichnungsgeschwindigkeit unabhängigen Geschwindigkeit rechnergesteuert mit dem dem Rauschanteil entsprechenden Bezugsstörsignal phasensynchron derart verglichen wird, daß das digitalisierte Signal an den Stellen, an denen seine Amplitude kleiner oder gleich dem Bezugsstörsignal ist, gleich Null gesetzt wird, und das verbleibende digitalisierte Signal in den auf Nuü gesetzten Bereichen durch eine Interpolationskurve ergänzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Störsignalanteil neben dem Rauschanteil einen Brummanteil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Brummanteil entsprechendes Eezugsstörsignal gebildet und getrennt gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsstörsignal für den Brummanteil dessen Amplitude und dessen Phase in bezug auf das ursprüngliche Signal gespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brummanteil als die in einem vorgegebenen Brummfrequenzintervall liegende Frequenzkomponente des ursprünglichen Signals bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschanteil als der unterhalb einer vorgegebenen, im Verhältnis zum mittleren Pegel des ursprünglichen Signals kleinen Amplitudenschranke liegende Anteil des ursprünglichen Signals erfaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschanteil als der oberhalb einer vorgegebenen, jenseits der wesentlichen Frequenzkomponenten des Nutzsignalanteils gelegenen Frequenzschranke liegende Anteil des ursprünglichen Signals erfaßt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschanteil in den Pausen des Nutzsignals erfaßt wird.

H Verfahren nach einem der Ansprüche 2 his 7. dadurch gekennzeichnet, dall der Kauseluune.il als der im Bereich der Nulldurchgänge des ursprüngli- ω chen Signals verbleibende Signalanteil erfaßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufgezeichneten digitalisierten Signal ein dem gespeicherten Brummstörsignal in Amplitude und Frequenz entsprechendes Kompensationssignal phasenverkehrt überlagei t wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des aufgezeichneten digitalisierten Signals proportional zu einer Änderung des Pegels des Rauschanteils neu ausgesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das kompensierte digitalisierte Signal in den Bereichen, die eine Amplitudenbegrenzung aufweisen, rechnergesteuert durch eine Interpolationskurve ersetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensynchronisation durch fortlaufendes Durchzählen der Bits des digitalisierten Signals ausgeführt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Analogwiedergabegerät (1), durch das das auf einem Aufzeichnungsmedium analog aufgezeichnete ursprüngliche Signal wiedergegeben wird, einer an das Analogwiedergabegeräte (1) angeschlossenen Störsignaltrenneinrichtung (7), durch die mindestens der in dem ursprünglichen Signal enthaltene Rauschanteil aufgrund seiner von der Wellenform des Nutzsignalanteils abweichenden Wellenform erfaßt wird und einer von dem erfaßten Rauschanteil gesteuerten Kompensationseinrichtung, in der diejenigen Signalteile des ursprünglichen Signals unterdrückt werden, deren Amplitude den Pegel des Rauschanteils unterschreitet, dadurch gekennzeichnet,

daß ein an das Analogwiedergabegerät (1) angeschlossener Analog/Digitalwandler (4) vorgesehen ist, durch den das wiedergegebene ursprüngliche Signal mit der seinem Nutzsignalanteil zugeordneten Abtastfrequenz in das digitalisierte Signal (23) umgesetzt wird, sowie ein an den Analog/Digitalwandler (4) angeschlossenes Digitalaufzeichnungs- und Wiedergabegerät (6; 24) zur Aufzeichnung des digitalisierten Signals (23),

daß die Störsignaltrenneinrichtung einen Analog/ Digitalwandler (18) aufweist, durch den mindestens der Pegel des erfaßten Rauschanteils mit der ihm zugeordneten Abtastfrequenz zur Bildung des zugeordneten Bezugsstörsignals digitalisiert wird,
daß die Kompensationseinrichtung eine von einem Prozessor (9) gesteuerte Speichereinrichtung (11) aufweist, in die mindestens das durch die Abtastung des Rauschanteils gebildete Bezugsstörsignal nach Amplitude und auf das digitalisierte Signal (23) bezogener Phasenlage eingespeichert wird,
und daß das von dem Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät (6; 24) mit einer bestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeit wiedergegebene aufgezeichnete digitalisierte Signal (23) in dem Prozessor (9) hinsichtlich seiner Amplitude phasensynchron mil dem dem Rauschanteil entsprechenden Bezugsstörsignal verglichen, an den Stellen, an denen seine Amplitude kleiner oder gleich dem Bezugsstörsignal ist, gleich Null gesetzt sowie das verbleibende digitalisierte Signal in den auf Null nesei/.len llercichcn durch eine Inlerpolalionskuive ergänzt wird (!·' i g. b).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Störsignaltrenneinrichtung (7) eine auf die Brummfrequenz abstimmbare Bandfiltereinrichtung (16) mit einstellbarer Bandbreite auf-

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weist, durch die der Bruminanieil des Störsignalanteils erfaßt und ein entsprechendes Bezugsstörsignal erzeugt wird, das in der Speichereinrichtung (11) getrennt abgespeichert wird.

I¹J. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dall die Störsignaltrenneinrichtung (7) eine kombinierte Ampütudenfilter- und Hochpaßeinrichtung aufweist, durch die der Rauschanteil des Störsignalanteils erfaßt und das entsprechende Bezugsstörsignal erzeugt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung einen von dem Prozessor (9) gesteuerten Pegelregler (33) aufweist, durch den das wiedergegeber.e Signal in Abhängigkeit vom Pegel des Rauschanteils neu ausgesteuert wird.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen Speicherbereich (35,35') aufweist, in den das digitalisierte Signal (23) einspeicherbar ist

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Störsignaltrenneinrichtung (7) ein Meßgerät (17) aufweist, durch das der Pegelverlauf des erfaßten Rauschanteils anzeigbar ist.

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